Resumo Técnico: Boost+: Construção de Blocos Equitativa e com Compatibilidade de Incentivos

1. Declaração do Problema

A escassez de espaço de bloco em blockchains descentralizadas, particularmente no Ethereum, exige uma alocação eficiente por meio da construção de blocos. Embora o Valor Extraível Máximo (MEV) impulsione a competição, o ecossistema atual, centrado no MEV-Boost, tornou-se altamente centralizado devido à integração. A integração ocorre quando os searchers (intermediários que geram fluxos de transações lucrativos) roteiam exclusivamente seus fluxos de ordens para um único builder. Essa prática cria uma vantagem injusta, distorce a competição, reduz a eficiência do espaço de bloco ao excluir transações compatíveis de builders não integrados e obscurece os fluxos de MEV através de pagamentos off-chain opacos.

O desafio central é projetar um sistema que simultaneamente:

1. Elimine os incentivos para a integração (garantindo acesso igual aos fluxos de ordens).
2. Garanta a compatibilidade de incentivos (tornando o relato verdadeiro uma estratégia dominante tanto para searchers quanto para builders).
3. Mantenha a eficiência econômica (construindo blocos que maximizem o bem-estar social).
4. Permaneça computacionalmente viável dentro das estritas restrições de tempo da produção de blocos (ex: slots de 12 segundos).

Propostas existentes como o BuilderNet falham em fornecer garantias fortes de compatibilidade de incentivos porque não governam explicitamente a interação entre searchers e builders ou não impõem regras sobre como os fluxos de ordens são processados.

2. Metodologia: O Framework Boost+ e o Mecanismo MBoost+

Os autores propõem o Boost+, um sistema que desacopla a coleta de transações da execução de algoritmos, operando dentro de um Ambiente de Execução Confiável (TEE) para garantir confidencialidade e integridade. O sistema modela explicitamente três atores: Proposers, Builders e Searchers.

O Mecanismo MBoost+

O núcleo do Boost+ é o mecanismo MBoost+, que opera em duas etapas para determinar o bloco final e a alocação de valor:

1. Separação Livre de Conflitos: O mecanismo primeiro identifica bundles livres de conflitos (transações que não leem/escrevem em slots de armazenamento tocados por outros). Estes são separados do conjunto principal e anexados ao bloco vencedor final independentemente do resultado, garantindo que sejam sempre incluídos com pagamento líquido zero (o reembolso é igual ao lance).
2. Execução em Duas Fases:
   • Fase 1 (Algoritmo Padrão): Um algoritmo padrão (projetado pelo sistema) processa os bundles restantes para gerar um "bloco padrão" ($o^*$) e computa blocos contrafatuais ($o_{-i}$) para cada bundle para determinar reembolsos. Esta fase estabelece uma linha de base para o bem-estar e reembolsos.
   • Fase 2 (Algoritmos de Builders): Os builders submetem seus próprios algoritmos de construção de blocos. O mecanismo executa estes sobre o mesmo conjunto de bundles para gerar blocos candidatos.
3. Seleção de Vencedor e Pagamento:
   • Se o algoritmo padrão vencer: O mecanismo utiliza o bloco padrão. Os searchers pagam seus lances, recebem reembolsos calculados via uma fórmula estilo Vickrey–Clarke–Groves (VCG) baseada nos contrafatuais do algoritmo padrão, e o proposer recebe o excedente. Os builders não recebem nada.
   • Se um builder vencer: O builder vencedor paga seu lance ao mecanismo. O mecanismo reembolsa os searchers baseando-se nos contrafatuais do algoritmo padrão (não do vencedor), garantindo que os searchers não sejam penalizados pelo algoritmo específico do vencedor. O builder vencedor recebe um excedente igual ao seu lance menos o segundo lance mais alto (ou o lance padrão), efetivamente executando um leilão de segundo preço entre os builders.

Garantias Teóricas

• Builder-DSIC: O lance verdadeiro é uma estratégia dominante para os builders, pois eles participam de um leilão de segundo preço com um preço de reserva definido pelo algoritmo padrão.
• Searcher-DSIC (Domínio do Padrão): Se o algoritmo padrão superar todos os builders, o lance verdadeiro é uma estratégia dominante para os searchers.
• Searcher-DSIC (Livre de Conflitos): Para bundles livres de conflitos, o lance verdadeiro é uma estratégia dominante em todos os cenários, mesmo se um builder vencer.
• Resistência à Integração: Para bundles livres de conflitos, a estratégia de "participar e licitar honestamente" domina fracamente qualquer estratégia envolvendo integração com um builder. A integração não oferece ganho de utilidade conjunta e pode reduzi-la.

O Algoritmo Padrão

Para garantir que o mecanismo seja computacionalmente viável, os autores propõem um algoritmo padrão concreto baseado em análise empírica de transações do Ethereum:

• Agrupamento de Conflitos: As transações são agrupadas com base em conflitos de leitura/escrita de armazenamento.
• Resolução Híbrida:
  • Para pequenos grupos de conflito (tamanho $< k_{cutoff}$), o algoritmo realiza enumeração exaustiva para encontrar o subconjunto ideal.
  • Para grandes grupos, aplica otimizações estruturais (ex: se os conflitos são puramente transferências de ERC-20, a ordem é irrelevante; se é um cenário de "sanduíche", apenas um bundle pode vencer).
  • Se nenhuma simplificação se aplicar, seleciona deterministicamente um subconjunto de transações para manter a permutação viável.
• Propriedades: O conjunto de blocos candidatos considerado por este algoritmo é independente dos lances, um requisito crítico para manter a compatibilidade de incentivos baseada em VCG.

3. Principais Contribuições

1. Arquitetura Boost+: Um novo sistema de construção de blocos que governa explicitamente as interações entre searcher e builder, separando a coleta de transações da ordenação para garantir acesso igual.
2. Mecanismo MBoost+: Um mecanismo que alcança compatibilidade de incentivos para builders e searchers (sob condições específicas) enquanto recompensa a inovação algorítmica. Ele separa com sucesso o mecanismo VCG "perfeito" (que é computacionalmente inviável) da necessidade prática de participação dos builders.
3. Resistência à Integração de Conflitos Livres: Prova teórica de que, para bundles livres de conflitos, a não-integração combinada com o lance verdadeiro é uma estratégia dominante, neutralizando efetivamente o principal motor de centralização para uma classe significativa de transações.
4. Algoritmo Padrão Informado Empiricamente: Uma implementação concreta de um algoritmo padrão que satisfaz as propriedades teóricas necessárias. A avaliação mostra que ele constrói o bloco ideal em 53,2% dos casos.

4. Resultados e Avaliação

• Otimalidade: Usando um conjunto de dados de 10.000 blocos do Ethereum (2,9 milhões de transações públicas, 56 milhões de bundles privados), o algoritmo padrão produziu o bloco de maior valor em 53,2% dos casos.
• Lacuna de Eficiência: Em casos não otimizados, a diferença absoluta mediana no valor do bloco foi de 0,0033 ETH, com uma diferença relativa mediana de 8,6%. A lacuna de desempenho aumenta para blocos com alto MEV (valor > 1 ETH), onde o algoritmo padrão atinge a otimalidade em apenas ~5% dos casos, principalmente devido à dificuldade de lidar com grandes grupos de conflito sem busca exaustiva.
• Tempo de Execução: O algoritmo padrão utiliza multithreading de forma eficaz. Com 50 threads, seu tempo de execução aproxima-se ao de algoritmos de construção de blocos paralelos, tornando-o viável para slots de 12 segundos.
• Análise de Conflitos: O estudo empírico revelou que na maioria dos blocos, os grupos de conflito são pequenos (frequentemente tamanho 1), e grandes grupos de conflito (tamanho $\ge 8$) são raros (ocorrendo em < 4 grupos por bloco na maioria dos casos), validando a viabilidade da abordagem híbrida.

5. Significância e Alegações

O artigo afirma que o Boost+ oferece uma solução fundamentada para a centralização e ineficiência do atual ecossistema de MEV. Ao modelar explicitamente a interação entre searcher e builder e impor um algoritmo padrão com conjuntos de candidatos independentes de lances, o sistema:

• Restaura a Competição: Remove a vantagem estrutural da integração para transações livres de conflitos.
• Incentiva a Inovação: Recompensa builders que desenvolvem algoritmos superiores sem comprometer a compatibilidade de incentivos dos searchers.
• Equilibra Teoria e Prática: Reconhece que alcançar a eficiência "perfeita" (maximização do bem-estar social) junto com a compatibilidade de incentivos "perfeita" é computacionalmente intratável (NP-difícil). Em vez disso, o Boost+ oferece uma solução prática "boa o suficiente" que é provadamente compatível com incentivos para builders e para os searchers nos cenários mais críticos (livres de conflitos e dominados pelo padrão).

Os autores concluem que, embora um mecanismo "perfeito" (apenas VCG) seja teoricamente limpo mas praticamente ineficiente, e um mercado apenas de builders reintroduza riscos de integração, o Boost+ estabelece um equilíbrio necessário. Ele utiliza um algoritmo padrão para ancorar a compatibilidade de incentivos e a eficiência, enquanto permite a participação dos builders para elevar o bem-estar, desde que o sistema consiga lidar com a complexidade resultante. O artigo observa que trabalhos futuros são necessários para abordar ataques Sybil e para melhorar o tratamento de grandes grupos de conflito para aumentar a taxa de otimalidade além de 53,2%.